یکی از اصلی ترین وسایلی که در صنعت برق وجود دارد واستفاده از برق بدون آن عملا ً غیر ممکن می شود ترانسفورماتور می باشد.در این مبحث سعی بر آن شده است تا شما با اصول ترانسفورماتورها به اختصار آشنا شوید.
تعریف ترانسفورماتور
ترانسفورماتور دستگاهی است که برای ازدیاد و یا کاهش ولتاژ و جریان به کار می رود بدون اینکه قدرت و فرکانس دستگاه تغییر کند.البته چون تمام دستگاه های برقی دارای تلفات هستند ، باید در محاسبات ترانسفورماتور تلفات را نیز مد نظر قرار داد.
ساختمان ترانسفورماتور
1- هسته : هسته ترانسفورماتورها از ورقه های مغناطیسی دیناموبلش یا فریت ساخته می شوندو شکل های گوناگونی دارند از جمله هسته های شکافدار ، هسته های نواری و هسته های نواری برش خورده.ورقه ورقه کردن هسته ها و یا استفاده از فریت به عنوان هسته برای کاهش تلفات فوکو می باشد.هسته ترانسفورماتور باید تا حد امکان دارای ضریب نفوذ مغناطیسی زیاد و قابلیت هدایت الکتریکی کم باشد.برای جلوگیری از لرزش صفحات و ایجاد صدا ، ورقه ها باید کاملا ً به هم فشرده شوند.بستن ورقه ها به یکدیگر به وسیله پیچ یا خار و یا قابی که روی آنها پرس می شود انجام می گیرد .این وسایل توسط مواد عایق الکتریکی و غیر مغناطیسی از ورقه ها جدا نگه داشته می شوند.تا تلفات فوکو در این مواد هم به کمترین میزان ممکن برسد.
2- سیم پیچ : سیم پیچ ترانسفورماتورها از جنس آلومنیوم یا مس انتخاب می شود و در هر دو مورد سطح مقطع سیم ها به صورت گرد ، چهارگوش ، و یا به شکل ورق یا نوار فلزی می باشد.سیم پیچ های ترانسفورماتورهای کوچک را معمولا ً روی قرقره می پیچند. جنس قرقره ها اغلب از ترموپلاست می باشد.در ترانسفورماتورهای بزرگ با توان بالا به خصوص برای قسمت فشار ضعیف از سیم های چهارگوش با عایق کاغذی استفاده می شود.
اصول کار ترانسفورماتورها
اصول کار ترانسفورماتور مبتنی بر تاثیر القای متقابل دو یا چند مدار ساکن نسبت به همدیگر است.فلوی مغناطیسی متناوب ایجاد شده توسط سیم پیچی اولیه که از داخل حلقه های سیم پیچی ثانویه عبور می کند باعث به وجود آمدن جریان در سیم پیچی ثانویه می شود.این عمل را القای متقابل می گویند.مانند شکل زیر.
ترانسفورماتورها به چند گروه اصلی زیر تقسیم می شوند.
1- ترانسفورماتورهای قدرت برای انتقال و توزیع انرژی الکتریسیته
2- ترانسفورماتورهای اندازه گیری برای اتصال دادن وسایل اندازه گیری
3- ترانسفورماتور قدرت برای مقاصد خاص مثل ترانسفورماتورهای کوره ها یا واحدهای جوشکاری
4- تنظیم کننده های القایی برای تنظیم ولتاژ در شبکه های توزیع
5- اتو ترانسفورماتورها برای تبدیل در حدود کم برای راه انداختن موتورهای جریان متناوب
6- ترانسفورماتورهای آزمایشی برای انجام آزمایشهای با ولتاژ زیاد
تلفات ترانسفورماتورها
به طور کلی توان در ترانسفورماتورها به دو صورت تلف می شود.
الف – تلفات مسی یا اهمی
به علت وجود مقاومت اهمی در سیم پیچ ها در اثر عبور جریان الکتریکی مقداری از توان به صورت حرارت در سیم پیچ ها از بین می رود.
ب - تلفات هسته آهنی
توان در هسته به سه صورت تلف می شود که عبارتند از:
1- تلفات فراری یا پراکندگی: مقداری از فلوی مغناطیسی بدون آنکه در داخل هسته و در سیم پیچ ثانویه مفید واقع شود به بیرون از هسته نشت کرده و پراکنده می شود و باعث کاهش توان می گردد.
2- تلفات فوکو : در اثر تغییرات فلوی مغناطیسی در هسته ، جریانی به نام جریان فوکو در هسته ایجاد می شود که بر طبق قانون لنز با جریان به وجود آورنده خود مخالفت می کند و باعث کاهش آن می شود.بنابراین با کاهش جریان ، توان ترانسفورماتور افت پیدا می کند.جریان فوکو یک جریان گردابی است و باعث گرم شدن هسته نیز می شود.برای کاهش جریان فوکو، هسته را ار ورقه هایی که نسبت به همدیگر عایق هستند می سازند.
3- تلفات هیسترزیس : تلفات هیسترزیس تلفاتی است که در اثر کاهش و افزایش حوزه مغناطیسی در هسته به وجود می آید. به این ترتیب که ، جریان درلحظه ای که مثبت است حوزه مغناطیسی در یک جهت معین در هسته به وجود می آید و وقتی که جهت جریان عوض شد ، جهت حوزه مغناطیسی نیز عوض می شود.در نتیجه عوض شدن جهت حوزه مقداری از حوزه که در قسمت مثبت هسته باقی مانده بود ، باید حذف شود و جهت تغییر کند.این مقدار باقی مانده را پس ماند مغناطیسی می گویند.حذف پس ماند مغناطیسی و عوض شدن جهت آن و ادامه این عمل باعث تلفات هیسترزیس می شود.به زبان ساده وقتی جریان تغییر جهت می دهد مولکول های هسته نیز تغییر جهت می دهند و در این تغییر جهت مولکول ها بین آنها اصطکاک به وجود آمده و باعث گرم شدن هسته می شود.این عمل موجب تلفات هیسترزیس می گردد.
